L’AGRICULTURE ENTRE POLLUTION ATMOSPHÉRIQUE ET CHANGEMENT CLIMATIQUE

AGRICULTURE
POLLUTION ATMOSPHÉRIQUE - NUMÉRO SPÉCIAL - SEPTEMBRE 2016
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L’AGRICULTURE ENTRE POLLUTION
ATMOSPHÉRIQUE ET CHANGEMENT
CLIMATIQUE
AGRICULTURE IN THE SCOPE OF BOTH AIR
POLLUTION AND CLIMATE CHANGE
Pierre CELLIER
Sophie GENERMONT
UMR Ecosys, INRA-AgroParisTech - Université Paris-Saclay, Thiverval-Grignon,
France.
Résumé
Les agroécosystèmes sont des sources et des puits
à la fois de polluants atmosphériques et de gaz à
eet de serre et, par là-même, ils interviennent dans
les relations entre climat et pollution de l’air. Cette
contribution, positive ou négative, résulte de processus
complexes, à la fois directs et indirects, et prend des
formes très diverses : augmentation ou diminution
des émissions et dépôts, augmentation attendue de
la fréquence des feux, modication de la protection
phytosanitaire, etc. Comme pour la plupart des
processus biologiques, les incertitudes sont importantes
et les verrous de connaissances restent nombreux,
alors qu’une connaissance des diérents facteurs
d’inuence, naturels et anthropiques, est nécessaire
pour limiter la contribution des agroécosystèmes à la
fois au changement climatique et à la pollution de l’air,
tout en préservant les performances économiques de
l’activité agricole. Enn, l’agriculture est concernée par
tout un ensemble de politiques publiques relatives au
changement climatique et à la pollution de l’air, mais
également à la pollution des eaux et à la protection
de l’environnement, politiques publiques qui peuvent
interagir en synergie ou être antagonistes.
Mots-clés
Ammoniac, particules, composés organiques volatils,
interactions, modélisation intégrée.
Abstract
Agroecosystems are sources and sinks of atmospheric
pollutants and greenhouse gases. They are therefore
involved in climate change and air pollution and their
cross-relations. This contribution can be positive or
negative. It results from complex processes, both direct
and indirect, which are related to a range of topics:
increase or decrease of emission and deposition,
increase in re frequency, change in plant protection,
etc. As for most of biological processes, there are large
uncertainties and knowledge is lacking over a range
of elds. However it is necessary to have a global
overview of the involved processes and drivers when
trying to limit the contribution of agroecosystem both
to climate change and air pollution, with attention to
the economic sustainability of agriculture under global
change. Moreover agriculture activities refer to public
policies related not only to climate change and air
pollution but also water pollution or protection of the
environment. These policies may interact positively or
be antagonist.
Keywords
Ammonia, particles, volatile organic compounds,
interactions, integrated modelling.
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1. Les agroécosystèmes
au cœur des interactions
entre changement climatique
et pollution de l’air
Le changement climatique et la pollution de
l’air sont, par bien des aspects, très liés. Les
principales sources de dioxyde de carbone
(CO2), à savoir l’extraction et la combustion
de combustibles fossiles, sont non seulement
des déterminants de premier ordre du chan-
gement climatique, mais aussi des sources
majeures de polluants atmosphériques tels que
les oxydes d’azote (NOx) et les particules pri-
maires et secondaires. De plus, les polluants
néfastes pour les écosystèmes contribuent au
changement climatique en aectant le potentiel
de stockage de carbone dans les écosystèmes ;
d’autres modient la fraction du rayonnement
solaire rééchie ou absorbée par l’atmosphère,
aectant positivement ou négativement le bilan
radiatif de l’atmosphère à l’échelle régionale et,
par eet de cascade, le pouvoir de réchaue-
ment global. Les polluants à courte durée de vie
qui ont un impact sur l’eet de serre (SLCPs en
anglais, pour Short-Lived Climate-forcing Pollu-
tants) comprennent le méthane, le carbone-suie,
l’ozone troposphérique et les aérosols. Ils ont
des impacts très signicatifs sur le climat, et on
cherche aujourd’hui de plus en plus à aborder la
question du changement climatique et de la pol-
lution de l’air de manière conjointe (gure 1) (voir,
par exemple, l’initiative « The Climate and Clean
Air Coalition », Lode, 2014).
Les activités agricoles, que ce soit au niveau
des agroécosystèmes ou des infrastructures
des exploitations agricoles (bâtiment, stockage
Figure 1. Illustration des liens entre les polluants atmosphériques et les impacts sur la santé humaine,
sur les écosystèmes et le climat (adapté d’après EEA, 2012). Les composés cerclés de vert sont ceux
qui concernent l’agriculture, l’épaisseur du trait étant fonction de l’importance des émissions agricoles
pour ce composé. Les cercles rouges indiquent que les composés ont également un pouvoir d’eet de
serre direct (cercle continu) ou indirect (cercle en tirets).
Major air pollutants clustered according to impacts on human health, ecosystems and the climate
(adapted from EEA, 2012). The chemical compounds circled in green are those concerning closely
agriculture, with line width related to the importance of agricultural emissions. Compounds which also
have a radiative eect are circled in red (direct eect in continuous lines, indirect eect in dashed
lines).
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de produits agricoles ou d’euents, engins agri-
coles), interviennent de manière très directe dans
ces interactions entre pollution de l’air et change-
ment climatique. Elles sont aujourd’hui clairement
identiées comme contribuant, au même titre que
les autres activités anthropiques, au change-
ment climatique et à la pollution de l’air (voir, par
exemple, Faburé et al. (2011) ; EEA (2012) ; Cel-
lier et al. (2013)). Ce sont des sources de gaz à
eet de serre à longue durée de vie, telles que le
CO2 (utilisation de combustibles fossiles, respira-
tion du sol et des cultures), le protoxyde d’azote
(N2O) (conséquence de la fertilisation azotée)
et le méthane (CH4) (fermentation entérique
des ruminants, fermentation anaérobie lors de
la gestion des euents) mais aussi de SLCPs :
particules primaires (travail du sol, combustion),
ammoniac (NH3) et Composés Organiques Vola-
tils (COV), conduisant à la formation de particules
secondaires (Bessagnet et al., dans ce numéro),
oxydes d’azote et COV conduisant à la formation
d’ozone (O3) et, là encore, de particules secon-
daires. Ce sont également des sources indirectes
de N2O, par le biais des émissions d’ammoniac.
La réciproque est vraie : les cultures et les
forêts sont aectées par le changement clima-
tique et la pollution de l’air. Les êtres vivants sont,
par nature, en lien très direct avec l’environne-
ment, qu’il s’agisse de facteurs climatiques ou de
contaminations provenant de diverses sources
de pollutions organiques ou minérales. Le fonc-
tionnement des écosystèmes est, de manière
générale, fortement dépendant du rayonnement,
de la température et de la présence d’eau, donc
des précipitations. Ils peuvent être signicative-
ment aectés par la pollution de l’air, de manière
positive (e.g. dépôts atmosphériques et stockage
de carbone) ou négative (e.g. dysfonctionnement
liés à l’acidication, l’eutrophisation, la contami-
nation par des éléments-traces métalliques ou
des polluants organiques persistants, diminution
du rayonnement visible). Le lien entre le change-
ment climatique et l’eet de serre est également
présent au cœur des processus biologiques de
base de la biosphère. Certains mécanismes bio-
logiques produisent simultanément des polluants
et des composés à eet de serre, par exemple
les transformations de l’azote par la microore du
sol, qui produisent du N2O et des NOx par nitri-
cation et dénitrication. De plus, comme le chan-
gement climatique a un impact potentiellement
important sur le niveau de pollution de l’air (Jacob
et Winner, 2009 ; Monks et al., 2009) en modi-
ant à la fois les sources primaires de polluants
(sensibilité à la température et à la pluviométrie)
et les mécanismes chimiques conduisant à la
formation de polluants secondaires, l’impact de
la pollution de l’air sur les agroécosystèmes (Le
Thiec et Castell, dans ce numéro) est susceptible
d’évoluer signicativement.
Pour illustrer la multiplicité des liens entre pol-
lution de l’air et changement climatique au sein
des agroécosystèmes, le cas de l’azote est assez
illustratif. Les diérentes activités anthropiques
perdent de l’azote réactif1 vers l’environnement
(air, eaux, écosystèmes) sous forme oxydée
(NOx, N2O, HNO3) ou réduite (NH3, NH4
+), source
de polluants atmosphériques (NH3, NOx) et de
composés à eet de serre (N2O) (Cellier et al.,
2013 ; Génermont et al., dans ce numéro). Lors-
qu’on fait un bilan d’azote à l’échelle d’un pays,
d’un continent ou à l’échelle globale, on voit que
la majeure partie de l’azote réactif est mobilisée
pour l’agriculture : production industrielle d’en-
grais, euents d’élevage, transferts d’aliment
pour les animaux. On peut faire le même dia-
gnostic pour les pertes vers l’environnement. Ces
diérentes fuites peuvent aussi avoir des eets
indirects sur l’eet de serre. Cela est illustré sur
la gure 2 où un bilan a été fait à l’échelle de l’Eu-
rope (Butterbach-Bahl et al., 2011). On peut voir
que la contribution de l’azote (donc essentielle-
ment l’agriculture), représentée par les barres
d’histogramme vertes, touche à la contribution
de plusieurs composés au pouvoir de réchaue-
ment :
- directement, par les émissions de N2O
consécutives à la fertilisation azotée ou
par l’absorption de CH4 par les sols ;
- indirectement, par la formation dans
l’atmosphère de particules secondaires
à partir des émissions d’ammoniac, ou
d’ozone à partir des émissions de NOx et
COV biogéniques ;
- indirectement, par le biais des dépôts
atmosphériques d’azote qui favorisent
le stockage de carbone dans les
écosystèmes.
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Dans cet article, nous chercherons à montrer
en quoi les agroécosystèmes interviennent dans
les relations entre climat et pollution de l’air, et
quelles sont les principales incertitudes et les
verrous de connaissances. Cette interrogation
générale couvre diérentes questions : en quoi
les émissions et dépôts de polluants atmosphé-
riques dans les agroécosystèmes contribuent-ils
à une modication du climat régional ou global
(e.g. Fowler et al., 2009 ; Sutton et al., 2013) ?
Dans quelle mesure le changement climatique
modierait-il les émissions de polluants dans les
agroécosystèmes ? Quelles sont les interactions
et rétroactions entre émissions et impacts, entre
polluants et composés à eet de serre au sein
des agroécosystèmes (Arneth et al., 2012) ? Ces
relations peuvent être directes (e.g. un accrois-
sement de la température produit une augmen-
tation des émissions) ou indirectes (e.g. le chan-
gement climatique produit une modication de la
composition ou du fonctionnement des agroéco-
systèmes, qui produit une modication des émis-
sions ou dépôts de polluants). Nous ne traite-
rons pas spéciquement des émissions de gaz
à eet de serre majeurs (CO2, N2O, CH4) mais
nous considérerons leurs interactions possibles
avec la pollution de l’air. Nous nous situerons à
diérentes échelles d’espace, avec toutefois un
focus sur la France et l’Europe qui représentent
des zones d’agriculture plutôt intensive.
Figure 2. Contribution de diérents composés chimiques présents dans l’atmosphère et de
diérentes caractéristiques des surfaces continentales sur le pouvoir de réchauement à l’échelle
de l’Europe. La contribution de l’azote est indiquée en vert (Butterbach-Bahl et al., 2011).
Estimate of the change in global radiative forcing (RF) due to European emissions and the eect
of European anthropogenic reactive N emissions to the atmosphere. Light green bars: positive
radiative forcing due to direct/indirect eects of reactive N. Dark green bars: negative radiative
forcing due to direct / indirect eects of reactive N (Butterbach-Bahl et al., 2011).
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2. Les agroécosystèmes
sont des sources et
des puits de polluants
atmosphériques, qui
contribuent aux cycles des
composés à eet de serre
2.1. Des sources de
composés primaires et de
précurseurs
2.1.1. Particules primaires
et précurseurs de particules
secondaires
Les agroécosystèmes sont des sources pri-
maires de particules, telles que celles qui sont
issues de l’érosion éolienne ou du travail du sol,
des opérations de récolte ou des activités d’éle-
vage (manutention, déplacement des animaux)
(Faburé et al., 2011). Cette contribution est très
signicative au niveau français (Citepa, 2014 ;
Énergie Industrie Résidenel Agriculture/ Forêt Transport
Parcules*
PM1-- 11 62 617
PM2,5 -- 22 48 917
PM10 -- 29 33 20 14
TSP -- 29 11 53 5
Polluants
gazeux
COVNM*-- 36 41 10
NH3-- 97
NOx8 13 10 10 54
SO245 38 12
Gaz à eet
de serre
N2O-- 5 -- 89 --
CH4-- 19 -- 76 --
CO214 23 24 -- 34
PRG*11 21 20 21 26
* PM1/PM2,5/PM10 = particules dont le diamètre est inférieur à 1/2,5/10 µm ;
TSP = poussières totales en suspension ;
COVNM = Composés Organiques Volatils Non Méthaniques ;
PRG = Pouvoir de Réchauement Global
Tableau 1. Distribution sectorielle des émissions de polluants atmosphériques et de gaz à eet de
serre pour l’année 2014 en France. La contribution de l’agriculture et des forêts est en vert. Les chires
(en %) indiquent la contribution de l’agriculture et de la forêt aux émissions nationales. L’absence de
chire indique une contribution faible (source : Citepa, 2014).
Distribution of atmospheric pollutants and greenhouse gas emissions according to the activity sectors
in France in 2014. The contribution of agriculture and forestry is highlighted in green. The numbers give
the contribution of agriculture and forestry to national emissions. No number stands for a low contribu-
tion (from Citepa, 2014).
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